Системы управления надежностью

Периодичность технического обслуживания

Понятие о нормативных показателях

Под нормативом понимается количественный или качественный показатель, используемый для упорядочения процесса принятия и реализации решений.

По назначению нормативы подразделяются на регламентирующие:

· свойства изделия (надежность, производительность, грузоподъемность,

масса, габаритные размеры и др.);

· состояние изделии (номинальные, допустимые и предельные значения

параметров технического состояния) и материалов (плотность, вязкость, содержание компонентов, примесей и т. д.);

· ресурсное обеспечение (капиталовложения, расход материалов,

запасных частей, трудовых затрат);

· технологические требования, определяющие порядок проведения

определенных операций и работ ТО и ремонта.

По уровню нормативы подразделяются на:

· общероссийские (государственные стандарты, общероссийские

нормы технологического проектирования - ОНТП, нормы расхода запасных частей и др.);

· межотраслевые (Положение о ТО и ремонте подвижного состава

автомобильного транспорта и др.);

· отраслевые (типовые технологические и методические указания,

отраслевые стандарты и др.);

· внутриотраслевые и хозяйственные (нормативы качества ТО и

ремонта, стандарты предприятий и др.).

Нормативы используются при определении уровня работоспособности автомобилей и парка, планировании объемов работ, определении необходимого числа исполнителей, потребности в производственной базе, в технологических расчетах.

К важнейшим нормативам технической эксплуатации относятся периодичность ТО, ресурс изделия до ремонта, трудоемкость ТО и ремонта, расход запасных частей и эксплуатационных материалов. Определение нормативов производится на основе данных о надежности изделий, расходе материалов и продолжительности и стоимости проведения работ ТО и ремонта.

Периодичность технического обслуживания - это нормативная наработка (в километрах пробега или часах работы) между двумя последовательно проводимыми однородными работами ТО. При проведении обслуживания применяются два основных метода доведения изделия до требуемого технического состояния.

При первом методе устанавливается определенная периодичность, в соответствии с которой изделие восстанавливается до заданного технической документацией уровня при достижении установленной наработки.

При втором методе (по параметру технического состояния) при заданной периодичности производится сначала контроль технического состояния и принимается решение о проведении предупредительных технических воздействий, т.е. доведении технического состояли» изделия до установленного уровня.

Таким образом, в общем виде операция ТО состоит из двух частей - контрольной и исполнительской.

Это необходимо учитывать при определении трудоемкости t_п операции ТО:

t_п = t_к+k t_и (30)

где t_к и t_и - трудоемкость соответственно контрольной и исполнительской частей профилактической операции, k - коэффициент повторяемости.

При первом методе k=1, а контрольная и исполнительская части практически сливаются. При втором методе каждый раз с установленной периодичностью выполняется контроль, а исполнительская часть проводится в зависимости от результатов контроля с определенной вероятностью (коэффициентом повторяемости k), учитываемой при нормировании трудовых и материальных затрат, и организации проведения работ. Необходимо отметить, что в каждом конкретном случае при втором методе k= 0 или k =1, а о коэффициенте повторяемости можно говорить как о средней величине для нескольких случаев и при нормировании.

Целесообразность использования того или иного способа проведения ТО (с контролем или без него) определяется соотношением затрат на устранение и предупреждение отказов, на контрольную и исполнительскую части операции, вариацией случайных величин и другими факторами.

Стоимость проведения профилактической операции

d_п = d_к + kd_и (31)

где d_к и d_и - стоимость соответственно контрольной и исполнительской частей операции.

Методы определения периодичности ТО подразделяются на: простейшие (метод аналогии по прототипу); аналитические, основанные на результатах наблюдений и основных закономерностях ТЭА; имитационные, основанные на моделировании случайных процессов. Рассмотрим наиболее распространенные методы.

Метод определения периодичности ТО по допустимому уровню безотказности основан на выборе такой рациональной периодичности, при которой вероятность отказа F элемента не превышает заранее заданной величины, называемой риском.

Вероятность безотказной работы

Р_д {x_i ≥lo }≥ R_д =g, т.е. l_o = x_g (32)

где x_i - наработка на отказ, R_д - допустимая вероятность безотказной работы;

g=1 –F; l_o - периодичность ТО, x_g - гамма-процентный ресурс.

Для агрегатов и механизмов, обеспечивающих безопасность движения,

R_д = 0,9 - 0,98; для прочих узлов и агрегатов R_д= 0,85 - 0,90.

Определенная таким образом периодичность значительно меньше средней наработки на отказа и связана с ней следующим образом: l_o=βx, где β - коэффициент рациональной периодичности, учитывающий величину и характер вариации наработки на отказ, а также принятую допустимую вероятность безотказной работы.

Таким образом, чем меньше вариация случайной величины, тем большая периодичность ТО при прочих равных условиях может быть назначена. Более жесткие требования к безотказности снижают рациональную периодичность ТО. При определении периодичности контроля и восстановления предварительной затяжки крепежных соединении β≈0,4-0,6.

Технико-экономический метод сводится к определению суммарных удельных затрат на ТО и ремонт и их минимизации. Минимальным затратам соответствует оптимальная периодичность технического обслуживания l_o. При этом удельные затраты на ТО С₁=d/l, где l - периодичность ТО, d - стоимость выполнения операции ТО.

При увеличении периодичности разовые затраты на ТО (d) или остаются постоянными, или незначительно возрастают, а удельные затраты значительно сокращаются.

Увеличение периодичности ТО, как правило, приводит к сокращению ресурса детали или агрегата и росту удельных затрат на ремонт:

C₂ =c/L, (33)

где с - затраты на ремонт, L - ресурс до ремонта.

Выражение u=C₁+C₂ является целевой функцией, экстремальное значение которой соответствует оптимальному решению. В данном случае оптимальное решение соответствует минимуму удельных затрат.

Если при назначении уровня риска учитывать потери, связанные с дорожными происшествиями, то технико-экономический метод применим для определения оптимальной периодичности операций, влияющих на безопасность движения.

Экономико-вероятностный метод обобщает предыдущие и учитывает экономические и вероятностные факторы, а также позволяет сравнивать различные стратегии поддержания и восстановления работоспособности автомобиля.

Одна из стратегий сводится к устранению неисправностей изделия по мере их возникновения, т. е. по потребности. Удельные затраты при этом

(34)

где x, x_min, x_max - средняя, минимальная и максимальная наработки на отказ, с - разовые затраты на ремонт

Преимуществом этой стратегии является простота, основным недостатком - неопределенность состояния изделия, которое может отказать в любое время. Кроме того, затрудняются планирование и организация ТО и ремонта.

Альтернативная стратегия предусматривает предупреждение отказов и повреждений, восстановление исходного или близкого к нему состояния изделия до того, как будет достигнуто предельное состояние. Эта стратегия реализуется при предупредительном ТО, предупредительных заменах деталей, узлов, механизмов и т.д.

Метод статистических испытаний основан на имитации (моделировании) реальных случайных процессов ТО, что дает возможность ускорить испытания, исключить влияние побочных факторов, резко сократить стоимость экспериментов, провести при необходимости исследования с целью выбора наиболее пригодного варианта.

Моделирование может проводиться на ЭВМ или вручную.

Исходным материалом для моделирования служат как фактические данные, полученные при наблюдении, так и законы распределения случайных величин.

При определении оптимальной периодичности ТО схема моделирования сводится к следующему. Предварительно назначают на основании имеющегося опыта или наблюдений одно или несколько значении периодичностей ТО, а также коэффициенты вариации. По результатам наблюдений или расчетным данным создаются два массива данных: наработка на отказ x_i и периодичности ТО. Из массива данных, содержащих сведения по наработкам на отказ, извлекается случайным образом конкретное значение наработки до отказа. Затем из второго массива, где находятся данные по фактическим периодичностям ТО, извлекается конкретное значение периодичности l_i определяемое с учетом средней периодичности и ее вариации. Пара чисел x_i и l_i, называется реализацией.

Если x_i < l_i, то фиксируется отказ. При x_i ≥l_i фиксируется отсутствие отказа, т.е. выполнение операции ТО.

Опыты повторяют многократно и получают оценку вероятности отказа и профилактического выполнения операции. Если при опытах вероятность отказа оказалась больше заданной, то принимают уменьшенную периодичность и повторяют серию опытов.

Управление надежностью есть совокупность действий, выбранных на основании определенной информации и направленных на установление, обеспечение и поддержание необходимого уровня надежности объекта при его разработке, производстве и эксплуатации (включая ремонт), осуществляемых путем систематического контроля параметров надежности и целенаправленных воздействий на условия и факторы, влияющие на надежность.

Обеспечение надежности определяет необходимость решения комплекса технических, экономических, организационных, социальных, психологических и других проблем. В связи с этим важнейшее значение для обеспечения надежности имеет системный подход.

Можно выделить четыре группы мероприятий по повышению надежности ТС при их проектировании: системные, структурные (схемные), конструктивные, эксплуатационные.

К системным методам относятся организационно-экономические мероприятия по стимулированию повышения надежности и ряд технических мероприятий.

Одним из путей стимулирования повышения надежности является включение в стоимость ТС затрат на гарантийный ремонт и обслуживание. При этом разработчик учитывает, что при повышении надежности уменьшаются затраты на гарантийный ремонт и обслуживание, т.е. прибыль становится наибольшей при определенном значении показателя надежности, превышающем максимально допустимый уровень. В этом случае разработчики и изготовители ТС стремятся узнать этот уровень и достигнуть его.

Следовательно, стимулируются точные оценки надежности и ее повышение.

Технические мероприятия по оформлению показателей надежности проектируемых ТС необходимы при любой системе взаимоотношений заказчика и разработчика. К техническим мероприятиям относятся учет внешних воздействий на проектируемые ТС:

а) рабочие (температурный режим, агрессивная среда и т.п.);

б) климатические (температура, влажность, примеси в воздухе);

в) биологические (грибок или плесень, насекомые и т.п.).

Структурные (схемные) методы объединяют мероприятия по повышению надежности ТС путем совершенствования принципов из построения.

Эти методы различаются большим разнообразием и интенсивно развиваются. К ним относятся, например, варианты построения ТС, нечувствительных к появлению отказов, за счет введения избыточных аппаратурных и программных средств. При этом могут использоваться и аппаратные (например, резервированные) и программные (например, сравнение результатов избыточных вычислений) средства. В ряде случаев также могут применяться и аппаратно-программные средства обнаружения отказов элементов и восстановления ТС.

К конструктивным методам относятся мероприятия по созданию или подбору элементов, узлов или блоков ТС, созданию благоприятных режимов работы, принятию мер по облегчению ремонта и т.д.

Время устранения отказа можно существенно уменьшить путем построение ТС по блочно-узловому способу. При этом все ТС разбивают на отдельные функционально законченные блоки, которые в электронных системах соединяются между собой кабелями, а в механических – связываются кинематически. Блоки в свою очередь разбиваются на функционально законченные узлы, выполняемые в виде легкосъемных конструкций. При таком построении ТС восстановление состоит в замене вышедших из строя блоков или узлов, что значительно ускоряет процесс ввода ТС в строй. Осуществление блочно-узловых конструкций тесно связано с унификацией элементов и систем, которая производится на основе отбора наиболее надежных вариантов. При этом не только повышается надежность ТС, но и снижается их стоимость, и упрощается изготовление. В ряде случаев удается создать очень сложные системы из элементов всего двух-трех типов.

Планирование эксплуатационных мероприятий на стадии проектирования ТС состоит в разработке системы эксплуатационного обеспечения. Проектирование ТС при этом должно осуществляться в соответствии с номенклатурой работ по техническому обслуживанию. Например, для планирования периодического регулирования определяющих параметров ТС необходимо предусмотреть возможность контроля и прогнозирования значений этих параметров и т.д.

Структурные (схемные) и конструктивные методы повышения надежности являются основными для обеспечения соответствующего уровня надежности разрабатываемых ТС.

В первую очередь надежность ТС достигается за счет использования высоконадежных элементов.

Вторым путем повышения надежности является обеспечение оптимальных режимов работы.

Одним из наиболее эффективных средств повышения надежности является резервирование, т.е. введение избыточности.

Опыт использования различных методов резервирования в ТС показывает, что постоянное резервирование может использоваться по отношению к отдельным элементам или схемам. Для сложных ТС обычно применяется резервирование замещением, которое также используется и для отдельных устройств.

Одним из специальных методов повышения надежности является использование самонастраивающихся и самоорганизующихся систем.

Особенно важным является принцип самоорганизации. Для его реальзации создаются, например, такие САУ и АСУ, которые способны изменять свою структуру в процессе функционирования.

Эффективным методом повышения надежности является восстановление отказавших ТС. Здесь основным вопросом является обнаружение факта отказа и поиск отказавших элементов. Такая задача может быть решена с помощью диагностирования ТС, например, при использовании автоматизированных систем контроля, где в качестве основного центрального звена применяется ЭВМ, обеспечивающая проверку большого числа контрольных точек в течение небольшого промежутка времени.

Большое значение для обеспечения надежности имеет качество изготовления ТС, которое определяется технологической дисциплиной, организацией контроля на всех стадиях проектирования, производства, проведения испытаний, качеством комплектующих и материалов. Здесь также имеет большое значение качество эксплуатации, принятая система технического обслуживания, обеспечение комплектами ЗИП и его пополнение, подготовленность обслуживающего персонала и ряд других факторов.

Системы управления надежностью применительно к специфике производства и эксплуатации двигателей разработаны и применяются практически всеми зарубежными и отечественными фирмами и предприятиями.

На всех крупных автомобильных предприятиях и на заводах, изготавливающих двигатели, имеются службы исследования надежности.

В их обязанности входят: расчет надежности двигателей, их узлов и деталей; анализ поступающей на завод информации; выявление причин отказов и неисправностей; исследование влияния условий эксплуатации на надежность; разработка средств повышения надежности выпускаемых и проектируемых двигателей; осуществление взаимосвязи между работниками эксплуатации, производства и научных организаций.

Все мероприятия в данной области регламентируются программами обеспечения надежности (ПОН) и стандартами (государственными, отраслевыми и предприятий).

Предприятия автомобильной промышленности достигли определенных успехов в повышении надежности двигателей. Однако затраты на поддержание их надежности в эксплуатации еще весьма велики.

Надежность должна оцениваться не только техническими, но и экономическими показателями, учитывающими затраты на ее поддержание.

Как правило, расходы в производстве на повышение надежности окупаются в эксплуатации.

Конструктивные методы обеспечения надежности вновь создаваемых и модернизируемых двигателей на этапе их проектирования выполняются по схеме выполнения основных работ. Они находят свое отражение в конструкторской документации. Конструктивные методы и средства, направленные на повышение надежности двигателей, подразделяются на ряд категорий.

Рационализация конструктивной схемы двигателя. При разработке конструкции проектировщик обычно встречается с противоречивыми данными и вынужден искать компромиссные решения.

Чем проще конструктивная схема узла или механизма, тем он дешевле, тем меньше вероятность преждевременных отказов, тем больше их эксплуатационная надежность. Однако современные требования к токсичности отработавших газов, шумности, автоматизации регулирования, контролепригодности и другим показателям вынуждают усложнять конструкцию. Компромиссные решения приходится принимать при выборе отношения хода поршня к диаметру цилиндра, материалов деталей и т. п.

За последние годы в автомобильном двигателестроении все большее применение находят прогрессивные материалы. Для производства корпусных деталей (блоки цилиндров, головки блоков и др.) применяют чугун с добавкой олова, алюминиевые сплавы, для гильз цилиндров - износостойкий чугун. Соответствующие материалы используют для деталей, работающих в условиях высоких температур; для поршней - высококремнистые алюминиевые сплавы, для выпускных клапанов - азотсодержащие и другие жаростойкие стали; для поршневых колец - чугун с глобулярным графитом; для втулок клапанов - металлокерамику на железной основе с добавлением меди, графита и дисульфида молибдена. Металлокерамика находит также применение при изготовлении шестерен масляных насосов, поршневых колец.

Применение пластмасс развивается на новой основе - в виде композиционных материалов с армирующими элементами для повышения прочности.

Выбор зазоров в сопряжениях деталей производится на основании расчетов и выбора соответствующих аналогов, а их уточнение осуществляется экспериментальным путем. Для выбора оптимального зазора часто требуется длительная экспериментальная работа. В настоящее время зазоры в сопряжениях, а вместе с ними и толщину масляного слоя удается замерять экспериментально в процессе работы двигателя.

Топлива, смазочные материалы и технические жидкости назначаются конструктором и заносятся в руководство по эксплуатации и другую конструкторскую документацию.

Для очистки топлив используют бумажные фильтрующие элементы. С целью повышения моторесурса двигателей проблема наилучшей очистки масла решается применением комбинированной очистки - частично поточной центрифуги и полнопоточного бумажного фильтра. Имеются основания полагать, что совместно с другими мероприятиями улучшение очистки масла позволит повысить ресурс двигателей на 20...25 %.

До последнего времени в основном применялись воздушные фильтры инерционно масляного типа, обеспечивающие степень очистки воздуха до 98,3.. 98,8 %. Современные эффективные двух ступенчатые воздухоочистители сухого типа с эжекционным отсосом пыли обеспечивают степень очистки 99,6...99,9 %.

Предотвращение возможности аномалий процесса сгорания и различного рода разрегулировок двигателя. Детонационное сгорание, калильное зажигание, повышенная жесткость работы двигателя и другие отклонения от нормального процесса сгорания в двигателях снижают их долговечность и вероятность безотказной работы. В процессе доводки установление оптимальных характеристик рабочего процесса и регулирующих органов являются важной составной частью проектирования. Контроль за сохранением заданных регулировок в ходе эксплуатации производится в основном во время ТО. Установка датчиков и контрольно-измерительных приборов, которые позволили бы осуществлять контроль во время работы двигателя, была бы полезным конструктивным средством повышения надежности. Такие датчики и приборы должны указывать температуру наиболее горячих точек двигателя, фиксировать появление и интенсивность детонационного сгорания и калильного зажигания, характеризовать жесткость работы двигателя и другие отклонения от нормального процесса сгорания, засоренность фильтров, шумность, состав отработавших газов и др.

Желательно также наличие датчиков, фиксирующих угар масла и прорыв газов в картер двигателя, характеризующих его техническое состояние. По этим параметрам можно было бы прогнозировать предельное состояние двигателя. В настоящее время некоторые из упомянутых приборов начинают находить применение на двигателях.

Конструкционные и эксплуатационные стремления по повышению уровня ремонтопригодности и контролепригодности узлов и механизмов двигателя. Ремонтопригодность двигателей - составная часть их надежности. Автомобильная промышленность уделяет большое внимание улучшению этих свойств. Они включают в себя удобство в проведении технических обслуживании и ремонтов, снижение их трудоемкости и стоимости, а также приспособленность деталей к восстановлению. Согласно ЕСКД, на конструкторскую службу возлагается выпуск эксплуатационной и ремонтной документации. Однако автомобильные и моторные заводы пошли дальше, разрабатывая также технологию восстановления деталей и создавая ремонтные производственные подразделения.

Резервирование. Важное средство повышения надежности - сокращение числа деталей в изделии. Простота - важное условие надежности. Дело в том, что в двигателе (как и в автомобиле в целом) отказ одной из деталей часто приводит к отказу всего двигателя. Например, отказ толкателей или поломка пружины клапана означает отказ двигателя. Такое соединение деталей, когда отказ одной из них вызывает отказ машины в целом, называется последовательным. Если вероятность безотказной работы каждого из nэлементов (деталей) равна Р1, Р2,…Рn, то вероятность того, что все они одновременно не откажут, т.е. вероятность безотказной работы двигателя в целом, Р=Р1*Р2*…*Рn (рис. 17).

Рис. 17. Графы состояний при ненагруженном (а) и нагруженном (б) резервировании замещением и параллельном соединении элементов (в) с двумя типами отказов

При большом увеличении числа деталей даже в случае высокой надежности каждой из них вероятность безотказной работы машины в целом резко снижается.

Одним из методов повышения надежности является резервирование, т. е. введение в конструкцию избыточных (запасных) элементов. Эти элементы включаются в работу параллельно.

Нагруженный резерв - когда резервный элемент работает в том же режиме, что и основной. В двигателях и автомобиле в чистом виде такой резерв применяется крайне редко. Можно с некоторым приближением отнести к такому методу резервирования раздельную систему тормозов, когда приводы на передние и задние колеса действуют независимо. К такому методу резервирования приближается установка например, двух клапанных пружин.

Облегченный резерв - резервный элемент работает в менее нагруженном режиме.

Ненагруженный резерв - резервный элемент не несет нагрузки. В этом случае таким резервом является любая возимая запасная часть, например запасное колесо, свеча и т.д.

Дата добавления: 2014-11-29